岩石力学第四章.pdf

1 本章作业本章作业1本章作业本章作业1 1 利用文件 作业 利用文件 作业1 1 xls 中的实验数据 完成以下分析 中的实验数据 完成以下分析 1 两块岩心的尺寸 岩心直径 岩心长度 两块岩心的尺寸 岩心直径 岩心长度 2 两块岩心的峰值强度 实验围压 两块岩心的峰值强度 实验围压 3 计算两块岩心的弹性模量 泊松比 计算两块岩心的弹性模量 泊松比 4 根据计算机绘制出的应力 根据计算机绘制出的应力 应变曲线特征 在作业本 上示意地画出应力 应变曲线特征 在作业本 上示意地画出应力 应变曲线 注意曲线典型特征 并分 析围压对变形及强度的影响 应变曲线 注意曲线典型特征 并分 析围压对变形及强度的影响 1 利用文件 作业 利用文件 作业1 1 xls 中的实验数据 完成以下分析 中的实验数据 完成以下分析 1 两块岩心的尺寸 岩心直径 岩心长度 两块岩心的尺寸 岩心直径 岩心长度 2 两块岩心的峰值强度 实验围压 两块岩心的峰值强度 实验围压 3 计算两块岩心的弹性模量 泊松比 计算两块岩心的弹性模量 泊松比 4 根据计算机绘制出的应力 根据计算机绘制出的应力 应变曲线特征 在作业本 上示意地画出应力 应变曲线特征 在作业本 上示意地画出应力 应变曲线 注意曲线典型特征 并分 析围压对变形及强度的影响 应变曲线 注意曲线典型特征 并分 析围压对变形及强度的影响 1 本章作业本章作业2本章作业本章作业2 2 岩心编号长度岩心编号长度 mm 直径 直径 mm 极极限载荷 限载荷 KN 117 7825 320 7923 222 5525 350 3778 322 6825 310 5994 417 7925 380 3846 519 2525 230 9961 618 1925 250 2827 利用下表中数据计算各岩石的抗张强度 以MPa为单位 根据抗张强度结果 分析该批岩石可能具有的特点 本章作业3本章作业3 4组砂岩抗压强度实验得到以下数据 利用下表数据绘制莫 尔圆 计算内聚力 内摩擦角 4组砂岩抗压强度实验得到以下数据 利用下表数据绘制莫 尔圆 计算内聚力 内摩擦角 岩心号 19 21 0 228 05 0 348 79 5 474 015 0 三轴抗压强度测试得到岩石的内聚力为1MPa 内摩擦角为 35o 计算岩石的单轴抗压强度 估计岩石的抗张强度 三轴抗压强度测试得到岩石的内聚力为1MPa 内摩擦角为 35o 计算岩石的单轴抗压强度 估计岩石的抗张强度 4 第四章 结构面的变形与强度性质第四章 结构面的变形与强度性质第四章 结构面的变形与强度性质第四章 结构面的变形与强度性质 第一节 岩石的结构面 第二节 结构面变形性质 第三节 结构面抗剪强度 本章小结 第一节 岩石的结构面 第二节 结构面变形性质 第三节 结构面抗剪强度 本章小结 第一节 岩石的结构面 第二节 结构面变形性质 第三节 结构面抗剪强度 本章小结 第一节 岩石的结构面 第二节 结构面变形性质 第三节 结构面抗剪强度 本章小结 第一节 岩石的结构面 一 结构面成因及类型 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 三 软弱结构面 一 结构面成因及类型 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 三 软弱结构面 一 结构面的成因类型一 结构面的成因类型 地质成因类型 原生结构面 构造结构面 次生结构面 力学成因类型 张性结构面 剪性结构面 地质成因类型 原生结构面 构造结构面 次生结构面 力学成因类型 张性结构面 剪性结构面 结构面 在岩体内形成的具有 一定的延伸方向和长度 厚 度相对较小的地质界面或带 2 一 结构面的成因类型一 结构面的成因类型 原生结构面 成岩过程中形成 沉积结构面 沉积岩沉积和成岩过程中形成 如层理面 不整合 面等 岩浆结构面 岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面 如岩浆岩体 与围岩的接触面等 变质结构面 变质过程中形成 分为残留结构面和重结晶结构面 原生结构面 成岩过程中形成 沉积结构面 沉积岩沉积和成岩过程中形成 如层理面 不整合 面等 岩浆结构面 岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面 如岩浆岩体 与围岩的接触面等 变质结构面 变质过程中形成 分为残留结构面和重结晶结构面 地质成因结构面 构造结构面 岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破 裂面 如断层 节理 劈理等 次生结构面 岩体形成后在外力作用下产生的结构面 如 卸荷裂隙 风化裂隙等 构造结构面 岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破 裂面 如断层 节理 劈理等 次生结构面 岩体形成后在外力作用下产生的结构面 如 卸荷裂隙 风化裂隙等 地质成因结构面 一 结构面的成因类型一 结构面的成因类型 一 结构面的成因类型一 结构面的成因类型 岩体中的破裂面 划分结构面的依据 形成破裂面的破坏应力 剪性结构面 剪应力形成 破裂面两侧岩体产生相对滑移 特点 连续性好 面较平直 延伸较长并有擦痕等 如 逆断层 平移断层以及多数正断层等 岩体中的破裂面 划分结构面的依据 形成破裂面的破坏应力 剪性结构面 剪应力形成 破裂面两侧岩体产生相对滑移 特点 连续性好 面较平直 延伸较长并有擦痕等 如 逆断层 平移断层以及多数正断层等 力学成因结构面 一 结构面的成因类型一 结构面的成因类型 张性结构面 张应力形成 破坏面两侧岩体仅沿破裂面法向 发生分离位移 特点 张开度大 连续性差 形态不规则 面粗糙 起伏度 大及破碎带较宽 易被充填 常含水丰富 导水性强 如羽毛状张裂面 纵张及横张破裂面 岩浆岩中的冷凝节理 等 张性结构面 张应力形成 破坏面两侧岩体仅沿破裂面法向 发生分离位移 特点 张开度大 连续性差 形态不规则 面粗糙 起伏度 大及破碎带较宽 易被充填 常含水丰富 导水性强 如羽毛状张裂面 纵张及横张破裂面 岩浆岩中的冷凝节理 等 力学成因结构面 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 产状 密度 张开度 形态 充填胶结特征 结构面组合关系 产状 密度 张开度 形态 充填胶结特征 结构面组合关系 倾角 倾向 走向 倾角 倾向 走向 结构面产状 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 3 线密度 结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数 条 m 间距 同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离 反映结构面发育密集程度 线密度 结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数 条 m 间距 同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离 反映结构面发育密集程度 结构面密度 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 张开度 结构面两壁面间的垂直距离 张开度 结构面两壁面间的垂直距离 结构面张开度 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 结构面形状 侧壁岩石的起伏形态及粗糙度 侧壁起伏形态 平直 波状 锯齿状 台阶状和不规则状 结构面形状 侧壁岩石的起伏形态及粗糙度 侧壁起伏形态 平直 波状 锯齿状 台阶状和不规则状 结构面形状 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 胶结结构面 胶结物类型 泥质胶结 钙质胶结 铁质胶结 硅质胶结 未胶结结构面 力学性质取决于充填状态及充填物性质 断续充填 连续充填 厚层充填 薄膜充填 充填物厚度小于1mm 胶结结构面 胶结物类型 泥质胶结 钙质胶结 铁质胶结 硅质胶结 未胶结结构面 力学性质取决于充填状态及充填物性质 断续充填 连续充填 厚层充填 薄膜充填 充填物厚度小于1mm 结构面充填胶结特征 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 结构面的组合关系 二 结构面特征及对岩体力学性质的影响二 结构面特征及对岩体力学性质的影响 结构面的组合关系控制着可能滑移岩体的几何边界条件 形态 规模 滑动方向及滑移破坏类型 它是工程岩体 稳定性预测与评价的基础 任何坚硬岩体的块体滑移破坏 都必须具备一定的几何 边界条件 因此 在研究岩体稳定性时 必须研究结构 面之间及其与临空面之间的组合关系 确定可能失稳块 体的形态 规模和可能滑移方向等 结构面的组合关系控制着可能滑移岩体的几何边界条件 形态 规模 滑动方向及滑移破坏类型 它是工程岩体 稳定性预测与评价的基础 任何坚硬岩体的块体滑移破坏 都必须具备一定的几何 边界条件 因此 在研究岩体稳定性时 必须研究结构 面之间及其与临空面之间的组合关系 确定可能失稳块 体的形态 规模和可能滑移方向等 三 软弱结构面三 软弱结构面 岩体中具有一定厚度的软弱带 层 与两盘岩体相比具 有高压缩和低强度等特征 在产状上多属缓倾角结构面 原生软弱夹层 构造及挤压破碎带 泥化夹层及其他夹泥层等 岩体中具有一定厚度的软弱带 层 与两盘岩体相比具 有高压缩和低强度等特征 在产状上多属缓倾角结构面 原生软弱夹层 构造及挤压破碎带 泥化夹层及其他夹泥层等 4 小结小结小结小结 第二章 岩石的 1 非均质性和各向异性是岩石区别于其它材料最突出的结构特征 2 组成 结构和构造特征决定了岩石的非均质性和各向异性 20 第二节 结构面变形性质第二节 结构面变形性质 一 法向变形性质 二 结构面的剪切变形性质 一 法向变形性质 二 结构面的剪切变形性质 第二节 结构面变形性质第二节 结构面变形性质 一 法向变形性质 二 结构面的剪切变形性质 一 法向变形性质 二 结构面的剪切变形性质 21 一 法向变形性质一 法向变形性质一 法向变形性质一 法向变形性质 取含结构面和不含结构面的两块试件做变形试验取含结构面和不含结构面的两块试件做变形试验 含结构面的岩块变形 含结构面的岩块变形 Vt 岩块和结构面变形 岩块和结构面变形 不含结构面的岩块变形 不含结构面的岩块变形 Vr 岩块变形 岩块变形 结构面法向闭合变形结构面法向闭合变形 VS V VS S V Vt t V Vr r 取含结构面和不含结构面的两块试件做变形试验取含结构面和不含结构面的两块试件做变形试验 含结构面的岩块变形 含结构面的岩块变形 Vt 岩块和结构面变形 岩块和结构面变形 不含结构面的岩块变形 不含结构面的岩块变形 Vr 岩块变形 岩块变形 结构面法向闭合变形结构面法向闭合变形 VS V VS S V Vt t V Vr r 法向变形特征法向变形特征 22 一 法向变形性质一 法向变形性质一 法向变形性质一 法向变形性质 卸荷应力 变形关系曲线特征 Vj 结构面卸荷变形曲线 非线性 松胀变形 卸载后不能恢复的较大的残余变形 卸载后残余变形 结构面张开度 粗糙度 壁岩强度及加 卸载循环次数等 循环次数增加 n Vj曲线逐渐变陡 法向变形特征法向变形特征 23 二 结构面的剪切变形性质二 结构面的剪切变形性质二 结构面的剪切变形性质二 结构面的剪切变形性质 剪切变形特征剪切变形特征 粗糙结构面 呈脆 性变形型 有峰值 和明显的应力降 平直结构面 呈塑性变形型 无峰值和明显的应力降 24 第三节 结构面的抗剪强度第三节 结构面的抗剪强度第三节 结构面的抗剪强度第三节 结构面的抗剪强度 岩体力学研究的重点 工程载荷作用下 岩体破坏常以沿某些软弱结构面的滑 动破坏为主 条件不同 性质不同的结构面发生剪切作用的机理不同 其抗剪强度的确定方法不同 岩体力学研究的重点 工程载荷作用下 岩体破坏常以沿某些软弱结构面的滑 动破坏为主 条件不同 性质不同的结构面发生剪切作用的机理不同 其抗剪强度的确定方法不同 5 25 第三节 结构面抗剪强度第三节 结构面抗剪强度第三节 结构面抗剪强度第三节 结构面抗剪强度 主要的结构面类型 主要的结构面类型 平直无充填结构面平直无充填结构面 粗糙起伏无充填结构面粗糙起伏无充填结构面 非贯通断续结构面非贯通断续结构面 具有充填物软弱结构面具有充填物软弱结构面 主要的结构面类型 主要的结构面类型 平直无充填结构面平直无充填结构面 粗糙起伏无充填结构面粗糙起伏无充填结构面 非贯通断续结构面非贯通断续结构面 具有充填物软弱结构面具有充填物软弱结构面 26 一 平直无充填结构面一 平直无充填结构面一 平直无充填结构面一 平直无充填结构面 平直无充填结构面平直无充填结构面 剪应力作用下形成的剪性破裂面 剪节理 剪裂隙等剪应力作用下形成的剪性破裂面 剪节理 剪裂隙等 发育较好的层理面与片理面发育较好的层理面与片理面 特点 面平直 光滑 只具微弱的风化蚀变 与人工磨制面 的摩擦强度接近 特点 面平直 光滑 只具微弱的风化蚀变 与人工磨制面 的摩擦强度接近 平直无充填结构面平直无充填结构面 剪应力作用下形成的剪性破裂面 剪节理 剪裂隙等剪应力作用下形成的剪性破裂面 剪节理 剪裂隙等 发育较好的层理面与片理面发育较好的层理面与片理面 特点 面平直 光滑 只具微弱的风化蚀变 与人工磨制面 的摩擦强度接近 特点 面平直 光滑 只具微弱的风化蚀变 与人工磨制面 的摩擦强度接近 27 一 平直无充填的结构面一 平直无充填的结构面一 平直无充填的结构面一 平直无充填的结构面 各种结构面抗剪强度指标的变化范围各种结构面抗剪强度指标的变化范围 28 二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面 剪切特点 剪切特点 较小 上部岩块上下运动 产生爬升效应 增大 较小 上部岩块上下运动 产生爬升效应 增大 当 较大 凸起被剪断而运动 增大 当 较大 凸起被剪断而运动 增大 粗糙起伏无充填的结构面粗糙起伏无充填的结构面 规则锯齿形结构面规则锯齿形结构面 不规则起伏结构面不规则起伏结构面 剪切特点 剪切特点 较小 上部岩块上下运动 产生爬升效应 增大 较小 上部岩块上下运动 产生爬升效应 增大 当 较大 凸起被剪断而运动 增大 当 较大 凸起被剪断而运动 增大 粗糙起伏无充填的结构面粗糙起伏无充填的结构面 规则锯齿形结构面规则锯齿形结构面 不规则起伏结构面不规则起伏结构面 29 二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面 规则锯齿形结构面规则锯齿形结构面 较小 剪胀作用 较小 剪胀作用 较大 啃断作用 其 强度接近岩块的强度 较大 啃断作用 其 强度接近岩块的强度 剪断凸起的条件 30 二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面二 粗糙起伏无充填的结构面 剪胀角 d 剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角剪胀角 d 剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角 剪胀角 d 剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角剪胀角 d 剪切时剪切位移的轨迹线与水平线的夹角 不规则起伏结构面不规则起伏结构面 6 31 三 非贯通断